双螺杆压缩机因其优异的压缩性能被广泛应用于各个行业的各个领域,其中的关键零部件是一对啮合转动的螺杆转子。我国在螺杆转子型线的设计方面还未有突出性的产品面临竞争市场,如何突破国外技术垄断,寻求性能更好的螺杆转子型线一直是工程师们不懈努力的奋斗目标。本课题主要围绕转子型线的创新设计展开研究,根据双螺杆压缩机的基本结构和工作原理,对基于NURBS的转子型线设计进行了深入的研究,具体从正反两方面对转子型线的NURBS构型作出了相应的分析与设计。针对传统曲线设计转子型线不能进行局部调整的劣势,将非均匀有理B样条融入到转子型线及啮合线的构型中,增加转子型线组成曲线的灵活性,实现局部调节型线的功能,进而改善转子型线的性能,进一步提升螺杆压缩机的压缩性能。在对自由曲线设计转子型线过程中,提出了借助辅助角公式获取通用包络条件式的方法来求解自由曲线转子型线的共轭曲线。在对NURBS算法研究方面,设计了相应的算法程序,实现了任意自由曲线的架构及基于任意离散点的自由曲线拟合,对NURBS曲线的构造要素进行了比较全面的分析研究,具体为NURBS构建基本曲线的处理方法,包括节点矢量及权因子的设定,以及对NURBS曲线的修改方法作出了比较细致的分析;推导了螺杆转子型线的NURBS表达形式,包括型线正向设计中NURBS共轭曲线求解方法和型线反向设计中NURBS曲线包络条件求解方法,为压缩机螺杆转子型线的优化提供了理论基础。同时,本文针对NURBS的基本几何算法进行了深入的探析,具体包括NURBS曲线的节点插入、节点细化、节点消去和节点升阶等算法进行了细致的研究,为NURBS架构基本曲线提供了必要的理论基础。推导了圆锥截线和圆的NURBS表达,对不同形式的圆弧曲线设计了相应的算法程序,并编写了数据交换标准IGES的函数文件,方便了NURBS架构曲线曲面的数据导出。另外,基于NURBS曲线研究基础,借助NURBS几何算法,实现了常用NURBS曲面的构建,方便了几何造型设计。为了实现螺杆转子型线的简洁设计,进一步完成螺杆转子型线优化设计,本文在现有常用的螺杆转子型线基础上,探索常用曲线类型的统一表达式方程组,适应螺杆转子型线的计算机辅助设计,提升转子型线的设计效率;并推导了普遍方程组离散化处理方法,通过转子型线方程离散化处理手段,可将转子型线曲线离散为点集,形成转子型线离散坐标形式,借助自由曲线可将离散点集进行拟合,形成分段转子型线的完整一段式自由曲线架构。将螺杆压缩机转子型线分成两大功能段:传动侧型线和密封侧型线,并对于传动侧型线的组成曲线类型展开了深入的研究,对比分析不同曲线的传动性能,具体通过推导不同曲线的曲率表达式、滑动率来判定传动侧型线的传动性能,结合动力学分析实例阐述了组成传动侧曲线的力学性能,将不同曲线具备的良好传动特性融入到转子型线的设计之中,可有效提升螺杆转子啮合传动的稳定性,进而保证螺杆压缩机平稳高效运行。基于流体力学对影响压缩机工作性能的因素进行了深入的分析,主要包括:压力场分析、速度场分析,揭示压缩机内部流场流动规律;研究了转速、压力比、啮合间隙对压缩机性能的影响等,设置不同的工况,分析不同变量变化时压缩机压缩性能的变化情况。另外,基于一维非定常可压缩流动理论建立描述双螺杆压缩机排气腔气流脉动现象的控制方程组,分析一维非定常守恒型方程组的数值解法,通过双螺杆压缩机的排气腔压力脉动试验,将试验值与理论值进行了对比分析。对基于NURBS设计的螺杆转子型线与原始型线的性能展开对比研究,借助CFD仿真手段,通过流体数值分析来判断型线改进后的压缩性能优劣情况,最后搭建双螺杆压缩机实验测试平台,验证了理论设计和流体仿真的可靠性与正确性。